UPSバッテリーのフロート、均等化、急速充電：各モードの使用時期

UPSバッテリーバンクが、わずか3年で交換対象となった。

最初の疑いはバッテリーの品質でした。しかし、充電履歴を見ると、別の原因が考えられます。UPSが、高い電圧で頻繁に均等化充電を行うように設定されていたのです。

主に待機サービスに使用されるVRLAバッテリーでは、バッテリーメーカーが推奨する充電プロファイルを超えた繰り返し高電圧充電は、ガス発生、水分損失、バッテリー温度の上昇を招く可能性があります。

バッテリー寿命は、バッテリー自体以上のものに依存します。充電器の設定、温度、充電に利用できる時間すべてが重要です。

フロート充電、均等化またはブースト充電、急速充電は、それぞれ異なる目的を果たします。これらを交換可能な充電モードとして扱うべきではありません。

主なポイント

• フロート充電は、ほとんどのVRLA UPSバッテリーシステムにおける通常の待機モードです。

• 均等化またはブースト充電は、バッテリーメーカーが許可する場合にのみ使用する必要があります。

• 待機準備の維持は、バッテリーの許容充電電流とUPS充電器の容量の両方によって制限されます。

• バッテリー容量、充電器電流、利用可能な充電時間はまとめて評価する必要があります。

• 充電パラメータは、常に特定のバッテリーモデルの技術データに基づいている必要があります。

フロート充電は、通常のUPS待機モードです

オンラインUPSに接続されたほとんどのVRLAバッテリーバンクでは、フロート充電が通常の動作条件です。

商用電源が利用可能な場合、UPS充電器はバッテリーを制御された定電圧で維持します。バッテリーが満充電に近づくと、充電電流は低レベルに低下し、バッテリーは次の停電に備えて準備が整った状態を保ちます。

多くの定置型VRLAバッテリーでは、約25℃での推奨フロート電圧は約次のようになります。

セルあたり2.25～2.30 V

6セル搭載の12Vバッテリーの場合、これはおおよそ次の値に対応します。

バッテリーあたり13.5～13.8 V

これは典型的な範囲であり、すべてのバッテリーに適用されるべき設定ではありません。

AGM、GEL、TPPL、その他のVRLA設計では、異なる充電要件がある場合があります。正しいフロート電圧は、常に特定のバッテリーモデルの技術文書から取得する必要があります。

わずかなフロート電圧の誤差も、時間の経過とともに重要になります

UPSバッテリーは数年間フロート状態のままである可能性があるため、わずかな充電誤差でも長期的な影響を与える可能性があります。

フロート電圧が低すぎると、バッテリーが部分的にしか充電されないままになる可能性があります。長期間の充電不足は、サルフェーションと利用可能な容量の低下につながる可能性があります。

フロート電圧が高すぎると、バッテリーは継続的な過充電状態になります。これにより、ガス発生、水分損失、グリッド腐食、動作温度の上昇を招く可能性があります。

バッテリー寿命が徐々に短くなっている間、UPSは即時のアラームを示さない場合があります。

長期待機サービスでは、積極的な充電よりも正確なフロート電圧の方が重要です。

温度補償を確認する必要があります

鉛蓄電池の充電電圧は温度によって変化します。

バッテリー温度が上昇すると、推奨充電電圧は通常低下します。低温では、わずかに高い電圧が必要になる場合があります。

多くの定置型VRLAバッテリーは、セルあたり摂氏数ミリボルトの負の温度補償値を使用しますが、正確な係数はバッテリー設計によって異なります。

UPSが温度補償充電をサポートしている場合は、次のことを確認してください。

• バッテリー温度センサーが正しく取り付けられていること。

• 必要に応じて温度補償が有効になっていること。

• 基準温度がバッテリーメーカーの指示と一致していること。

連続して30℃で動作するバッテリーバンクは、20℃または25℃で動作するバッテリーバンクとまったく同じ充電電圧を自動的に使用すべきではありません。

均等化充電は、すべてのVRLAバッテリーの定期的なメンテナンスではありません

均等化は鉛蓄電池と関連付けられることが多いですが、UPSアプリケーションではこの用語は誤解を招く可能性があります。

従来の開放型鉛蓄電池は、セル間の充電状態の違いを減らすために、定期的な均等化を使用する場合があります。

VRLAバッテリーはより注意が必要です。

メーカーによっては、一時的な高電圧充電ステージが次のように説明される場合があります。

• 均等化充電。

• ブースト充電。

• 回復充電。

• コミッショニング充電。

これらの用語は常に交換可能ではありません。

一部のVRLAメーカーは特定の均等化手順を提供しています。他のメーカーは、その使用を制限したり、異なるブースト充電方法を指定したりします。

UPSメニューの「均等化充電」オプションの存在は、毎月自動的に実行すべきであることを意味するものではありません。バッテリーのマニュアルがそれを決定すべきです。より高い充電電圧が適切なのはいつですか？

1つの状況は、大幅な放電の後です。

放電したバッテリーは、できるだけ早く再充電する必要があります。一部のバッテリーメーカーは、回復時間を短縮するために、一時的に高い充電電圧または充電電流を許可しています。

重要な点は、これが一時的であるということです。

必要な再充電条件が満たされたら、充電器はバッテリーメーカーが指定した通常の待機充電レベルに戻る必要があります。

もう1つの状況は、繰り返し不完全な再充電です。

これは、不安定な商用電源のサイトで一般的です。

動作サイクルは次のようになります。

停電 → バッテリー放電 → 商用電源復旧 → 部分充電 → 次の停電

バッテリーが回復する前に次の停電が発生した場合、利用可能なバックアップ時間は短くなります。

これが繰り返し発生すると、バッテリーバンクはその寿命の多くを完全充電状態未満で過ごす可能性があります。

充電電圧を上げる前に、まずシステム設計を確認してください。

バッテリー容量だけでは充電時間を決定できません

これは、UPSバッテリーサイジングで最も見過ごされがちな点の1つです。

より大きなバッテリーバンクはより多くの蓄積エネルギーを提供しますが、放電後の回復にはより多くの時間またはより多くの充電電流が必要です。

3つの要因をまとめて考慮する必要があります。

バッテリー容量 + 充電器容量 + 利用可能な充電時間

簡単な例を考えてみましょう。

100Ahのバッテリーが最大0.2Cの再充電電流を許可する場合、対応する電流は次のようになります。

100Ah × 0.2 = 20A

しかし、UPS充電器が10Aしか供給できない場合、バッテリーバンクは20Aで充電されません。

充電器が制限要因になります。

これは、UPSバックアップ時間を延長するために大きな外部バッテリーバンクを追加する場合に特に重要です。

バッテリーを追加してもランタイムは増加しますが、充電容量が自動的に増加するわけではありません。

したがって、数時間のバックアップ用に設計されたシステムでは、急速な回復が必要な場合は、より高容量の充電器または追加の充電モジュールが必要になる場合があります。

充電時間を確認する前にバッテリーバンクをサイジングするには、当社の「

UPSバッテリーランタイムサイジングガイド

」を参照してください。頻繁な停電は、充電時間をUPS設計の一部にしますリチウムバッテリーシステムは、フロート充電や均等化充電などの鉛蓄電池の用語を単純に引き継ぐべきではありません。

バッテリーバンクが長時間のバックアップ用に設計されていると仮定しますが、サイトでは1日に数回の停電が発生します。

最初の放電後、UPSは次の停電前に充電できる時間がわずか数時間しかない場合があります。

充電器がその期間中に十分な容量を回復できない場合、後続の各停電はより少ない蓄積エネルギーで開始されます。

したがって、バッテリーバンクはランタイムに対して正しくサイジングされていても、実際の動作環境にはうまく適合しない可能性があります。

頻繁な停電が発生するサイトでは、次のことを確認してください。

予想される放電深度。

1日あたりの停電回数。

• バッテリー容量。

• UPS充電器電流。

• 利用可能な充電時間。

• 発電機の運転スケジュール（該当する場合）。

• 個々のバッテリー電圧。

• UPS容量、ランタイム、バッテリー構成の詳細については、当社の「

UPSサイジングガイド

」を参照してください。均等化は、故障したバッテリーを修理できませんリチウムバッテリーシステムは、フロート充電や均等化充電などの鉛蓄電池の用語を単純に引き継ぐべきではありません。

まずバッテリーの状態を確認してください。

有用な測定値には次のものがあります。

個々のバッテリー電圧。

内部抵抗またはコンダクタンス。

• 接続抵抗。

• バッテリー温度。

• 放電容量。

• 1つのパラメータだけを調整しないでください。

• 大幅な容量低下、内部損傷、過度の乾燥、または異常な発熱があるバッテリーは、充電電圧を上げるだけで通常回復しません。

• 均等化は充電手順であり、修理方法ではありません。

バッテリー文字列の配線と監視の詳細については、「

UPSバッテリーの中点：その機能、必要性、接続方法

」を参照してください。VRLAバッテリーで過充電が懸念される理由リチウムバッテリーシステムは、フロート充電や均等化充電などの鉛蓄電池の用語を単純に引き継ぐべきではありません。

その再結合能力には限界があります。

過剰な充電電圧、充電電流、または温度は、バッテリーが再結合できるよりも速くガス発生を増加させる可能性があります。

その後、内部圧力が上昇し、圧力解放バルブが作動する可能性があります。

一度密閉型VRLAバッテリーから水分が失われると、従来の開放型バッテリーのように電解液をサービスすることは通常できません。

したがって、繰り返しの過充電は、乾燥と永続的な容量低下を加速する可能性があります。

バッテリーに次の症状が見られる場合：

ケースの膨張。

異常な温度。

• 漏れまたは腐食。

• バルブ領域周辺の汚れ。

• 持続的な異常電圧。

• 充電設定を変更する前に原因を調査してください。

• 急速充電は主に利用可能な充電電流に関するものです

鉛蓄電池UPSバッテリーの場合、「

急速充電

」という用語は、急速充電よりも一般的に有用です。充電時間は主に次のものに依存します。UPS充電器の容量。

バッテリーが許可する最大充電電流。

1. 予想される停電頻度。

2. バッテリー温度。

3. メーカーが指定した充電プロファイル。

4. 1つのパラメータだけを調整しないでください。

5. 一部のバッテリーモデルは比較的高い初期充電電流を許可しますが、他のモデルはより低い制限を使用します。

これが、「

すべてのUPSバッテリーは0.1Cで充電すべきです。

」または「

0.25Cは常に最大です。

」のようなステートメントが広すぎる理由です。

正確なバッテリーモデルのデータシートを使用してください。

外部バッテリーを追加する際にUPS充電器を見落とさないでください

これは、標準UPSがはるかに大きな外部バッテリーバンクに接続されている場合に特に重要です。

バッテリー計算では、必要なバックアップ時間が達成可能であることを示すかもしれませんが、別の質問が残ります。

放電後、UPSはバッテリーを再充電するのにどのくらいの時間が必要ですか？

答えが10時間、15時間、あるいは20時間の場合、安定した商用電源のサイトでは許容できるかもしれません。

数時間以内に別の停電が発生する可能性のあるサイトでは許容できないかもしれません。

したがって、長時間のUPSプロジェクトでは、充電器の容量を次のものと合わせて確認する必要があります。

UPS kVA/kW定格。

DCバッテリー電圧。

• バッテリーAh容量。

• 必要なバックアップ時間。

• バッテリーケーブルの長さと導体サイズも確認する必要があります。特に外部バッテリーキャビネットがUPSから数メートル離れた場所に設置されている場合。

• ケーブル長、電圧降下、バッテリーキャビネットの配置については、「

UPSはバッテリーキャビネットからどのくらい離すべきですか？

」を参照してください。リチウムバッテリーは異なる充電戦略を使用しますリチウムバッテリーシステムは、フロート充電や均等化充電などの鉛蓄電池の用語を単純に引き継ぐべきではありません。

産業用リチウムバッテリーは通常、バッテリーメーカーによって定義され、バッテリー管理システムによって制御される充電プロファイルに従います。

BMSは通常、次のものを監視します。

セル電圧。

バッテリー温度。

• 充電電流。

• 1つのパラメータだけを調整しないでください。

• セルバランス。

• 過電圧。

• 過熱。

• リチウムUPSバッテリーシステムの場合、重要な質問は次のとおりです。

• UPS充電器はバッテリーと互換性がありますか？

UPSとBMS間の通信は正しく機能していますか？

• 充電電圧と電流はバッテリーメーカーの制限内ですか？

• 充電パラメータは、バッテリーメーカーまたはBMSによって定義された制限を超えて手動で増加させるべきではありません。

• フロート対均等化対急速充電

項目

フロート充電

正確なバッテリーモデルと技術。

メーカー指定のフロート電圧。

• 許可されるブーストまたは均等化電圧。

• 最大充電電流。

• 温度補償要件。

• UPS充電器の容量。

• バッテリーバンクのAh容量。

• 予想される停電頻度。

• 利用可能な充電時間。

• バッテリー温度。

• 個々のバッテリー電圧。

• 1つのパラメータだけを調整しないでください。

• 充電電圧を上げると、充電時間が短縮される可能性がありますが、バッテリーへのストレスも増加する可能性があります。

より大きなバッテリーバンクは、より長いバックアップを提供できますが、再充電に非常に長い時間がかかる場合もあります。

充電戦略は、バッテリー、UPS充電器、および実際のサイト条件に一致する必要があります。

3つの実践的なルール

フロート電圧にはバッテリーのデータシートを使用してください。

より高い設定がバッテリーをより完全に充電するように見えるからといって、フロート電圧を単純に上げないでください。

バッテリーメーカーが推奨しない限り、均等化を自動的にスケジュールしないでください。

UPSメニューの均等化機能は、すべてのVRLAバッテリーが定期的な均等化を必要とすることを意味するものではありません。

充電時間が重要な場合は、バッテリー容量と同じくらい充電器も注意深く確認してください。

容量不足の充電器に接続された大きなバッテリーバンクは、満充電時には優れたバックアップ時間を提供できますが、停電間の回復は悪くなる可能性があります。

UPSバッテリーは、負荷を供給するよりも充電器に接続されている時間のほうがサービス寿命の大部分を占めます。

そのため、充電電圧、温度補償、充電電流、充電時間は、コミッショニング設定だけでなく、バッテリー寿命の一部となります。

適切なバッテリーを選択することは、最初のステップにすぎません。

それを正しく充電することも同様に重要です。

技術注記

充電電圧、充電電流、温度補償、均等化またはブースト設定、および再充電制限は、バッテリー設計とUPS充電器構成によって異なります。

常にバッテリーメーカーおよびUPSメーカーが提供する最新の技術文書に従ってください。この記事で議論されている値は一般的なエンジニアリング参照であり、モデル固有の充電手順に代わるものではありません。

国際規格および技術参照

以下の国際規格は、定置型UPSバッテリーシステムに関連しています。

IEC 60896シリーズ

— 定置型バルブ式鉛蓄電池。

• IEC 62485-2 — 定置型二次電池およびバッテリー設置の安全要件。

• IEEE 1188 — 定置型VRLAバッテリーの保守、テスト、および交換。

• IEC 62619 — 産業用二次リチウムセルおよびバッテリーの安全要件。

• これらの規格は、一般的な技術的および安全に関するガイダンスを提供します。実際の充電パラメータは、常に最新のバッテリーおよびUPSメーカーの文書と照合して確認する必要があります。UPSバッテリーシステムのサイジングでお困りですか？

バッテリーAh容量は、UPSバッテリー設計の一部にすぎません。

長時間のバックアップ、頻繁な放電サイクル、または停電後の急速な回復が必要なプロジェクトでは、充電器の容量と充電時間をバッテリーバンクと合わせて評価する必要があります。

TAFENGは、医療機器、産業用負荷、データセンター、および不安定な商用電源のサイト向けに、UPSおよびバッテリーシステムの構成を支援できます。

外部バッテリー構成を備えたシステムおよびプロジェクト固有のバックアップ要件については、当社の「

低周波UPS

」および「高周波UPS」シリーズをご覧ください。